В условиях ускоренного научно-технического развития и бурного роста промышленного производства охрана окружающей среды стала одной из важнейших проблем современности, решение которой неразрывно связано с охраной здоровья нынешнего и будущего поколений людей. Это вызвано тем, что по мере развития производительных сил общества, роста масштабов использования природных ресурсов происходит все большее загрязнение окружающей среды отходами производства, ухудшается качество среды обитания человека и других живых организмов. 

На современном этапе забота о сохранении природы заключается не только в разработке и соблюдении законодательств об охране Земли и ее недр, лесов и вод, атмосферного воздуха, животного и растительного мира, но и в познании закономерностей причинно-следственных связей между различными видами человеческой деятельности и изменениями, происходящими в природной среде. Поскольку любые изменения в окружающей среде являются отражением изменения направленности протекающих в ней химических и химико-биологических процессов, познание закономерностей природных процессов и управление уровнем воздействия на них со стороны человека служит одной из приоритетных задач химии. 

Одна из особенностей ситуации на сегодняшний день заключается в том, что изменения в окружающей среде опережают темпы развития методов контроля и прогнозирования ее состояния. Пока что человек лишь констатирует неблагоприятные экологические явления и не может их предотвратить. Необходим качественно новый подход к описанию состояния окружающей среды как динамической системы.     

Необходимы данные о том, как ведут себя, какие испытывают превращения, к каким последствиям приводят те или иные химические вещества, попадающие в биосферу. С констатации происходящих в природе изменений необходимо переходить к их прогнозированию и управлению качеством среды обитания. При этом традиционные методы физико-химического и биологического анализов служат подспорьем в оценке состояния и динамических характеристик природных экосистем. Кроме того, необходимо иметь в виду, что в основе процессов жизнедеятельности, как и в основе изменения химического состава окружающей среды, лежит химический акт, представляющий собой превращение исходных веществ в продукты их трансформации. Любой химико-биологический процесс представляет собой совокупность химических актов, определяющих механизмы процесса. Соответственно для описания и управления динамически равновесным состоянием экосистем в условиях вырастающих масштабов человеческой деятельности необходимо знание химических механизмов взаимодействия между человеком, средой обитания и отдельными экологическими подсистемами. Биологический аспект такого взаимодействия находится в ведении химической экологии как "науки о химических взаимодействиях между живыми организмами или между живой и неживой природой". Химический аспект касается в основном качественного и количественного состава химических загрязнений и их превращений в окружающей среде. Эти вопросы находятся в компетенции экологической химии.

Бесспорно, что сегодня образованному человеку не обойтись без экологических знаний. В общеобразовательных учреждениях данная проблема решается через введение дисциплины «Экология», а также через экологизацию школьных дисциплин. На уроках химии, биологии учитель поднимает многие экологические проблемы, обсуждает вместе с учащимися возможные пути их решения. Чтобы расширить кругозор учащихся и повысить их интерес к заданиям, необходимо включать экологические сведения, имеющие прямое отношение к условиям жизни человека и сохранению окружающей среды. Задачи с экологическим содержанием используют в школьных курсах биологии, химии, географии. Это способствует формированию экологически знаний и умений школьников, более глубокому пониманию ими существа экологических проблем, возникновению убежденности в необходимости их решения, а также развитию у учащихся приемов умственной деятельности, таких как анализ, синтез, сравнение, сопоставление, обобщение, систематизация, установление причинно-следственных связей, научное прогнозирование, т.е. логических операций, необходимых для выбора экологически целесообразного решения. Изучение экологии через интеграцию с химией, играет важную роль в процессе обучения. Данное явление способствует формированию системы научных понятий, представлений и позиций о веществе и процессах, экологических явлениях, усовершенствует и закрепляет знания, развитие практических умений и навыков, способствует формированию интереса к знаниям и активному мышлению. Знакомит с некоторыми приемами научно-технических исследований, повышает усвояемость теоретического материала, развивает наблюдательность и познавательную активность. Важность данного процесса заключается еще и в том, что он является психологическим инструментом воздействия и развития  мотивации к изучению экологии и химии учащимися. Эмоции, возникающие при решении и наблюдении определенных закономерностей, побуждают учащихся к дальнейшей деятельности и качественному усвоению знаний.

Экология в задачах с химическим содержанием – объект мыслительной деятельности, в котором в диалектическим единстве, представлены составные элементы (условие и требование), раскрытие отношение между которыми на основе законов и методов химической науки приводит к познавательному интересу. В каждой подобной задаче описано химическое явление или процесс, при этом рассматривается лишь определенная его сторона, связанная с экологией (например, влияние на организм человека или животного).

Задачи составлены с учетом базового уровня знаний по химии, но некоторые из них можно предлагать и учащимся 8 класса. Тематика и содержание задач полностью соответствует программе химии, биологии в МОУ.

Процесс любой химической задачи состоит из трех частей: аналитической, основной (решающей) и учебно-познавательной.

Аналитическая часть содержит такие этапы:

- логический анализ (вычленение из текста задачи элементарных условий и требований, выявление объектов каждого условия и их характеристик);

- построение знаково - символической модели задачи в виде схематической записи.

Этапы основной части процесса решения:

- поиск способа решения (запись химических уравнений и формул, нахождение общих положений химических теорий, на основе которых может быть решена задача);

Построение математической модели;

-осуществление способа решения;

-химическая интерпретация полученного решения и его проверка (содержательная и по размерности);

-формулирование ответа задачи.

Учебно-познавательная часть (мотивационная) процесса подразумевает ответы на следующие вопросы:

- какими другими способами может быть решена задача?

-не существует ли более рационального способа решения?

-с какой учебно-познавательной целью была решена задача, какие особенности задачи и её решения наиболее интересны, а потому нуждаются в запоминании?

Примерные варианты эколого-химических задач:

1.    Выживут ли караси в озере объёмом 500 000м3, в воду которого попало 100м3 сточных вод сернокислого завода, содержащих 1600 кг оксида серы (VI)? Токсическая концентрация серной кислоты для карасей равна 138 мг/л [1].

2.    На нефтеперерабатывающем заводе из-за поломки произошел аварийный сброс нефтепродуктов в ближайшее озеро. Масса сброшенных нефтепродуктов составила 500 кг. Выживут ли рыбы, обитающие в озере, если известно, что примерная масса воды в озере 10000т. Токсическая концентрация нефтепродуктов для рыб составляет 0,05 мг/л [2].

3.    Одинаковое ли (и какое именно) число молекул содержится в 3 г воды и в 3 г кислорода? Какова роль этих веществ в природе?[3].

4.    Чтобы приготовить бордосскую смесь (препарат против фитофторы – грибкового заболевания огородных растений), используют медный купоросом CuSO4•5Н2О. Рассчитайте число атомов кислорода и водорода, которые содержатся в 400 г этого вещества [1].

5.    Растения суши и Мирового океана ежегодно выделяют при фотосинтезе около 320 млрд. тонн газообразного кислорода, с избытком восполняя расход этого газа в промышленности, энергетике и на транспорте. Сколько молекул ежегодно выделяет земная растительность?[2].

6.    Человек начинает ощущать едкий запах диоксида серы, если в 1м3 воздуха содержится 3 мг этого вредного газа. При вдыхании воздуха с таким содержанием SO2 в течение пяти минут у человека начинается ларингит-воспаление слизистой оболочки гортани. Какое суммарное количество вещества диоксида серы приводит к этому неприятному заболеванию? Примите объем легких человека равным 3,5 л, а периодичность дыхания – 4с. [1].

7.    Такие виды рыб, как форель и хариус, очень чувствительны к чистоте воды. Если в 1 л природной воды содержится всего 3•10-6 моль серной кислоты (которая может попадать в реки с промышленными стоками или за счет кислотных дождей), то мальки этих рыб погибают. Вычислите массу серной кислоты в 1 л воды, которая представляет собой смертельную дозу для мальков форели и хариуса [2].

8.    Взаимодействие озона, образующегося при грозе в горной местности, со льдом приводит к выделению небольшого количества соединения водорода и кислорода. Какова формула этого соединения, если абсолютная масса его молекул равна 5,65•10-23[2].

9.    В стратосфере на высоте 20-30 км находится слой озона О3, защищающий Землю от мощного ультрафиолетового излучения Солнца. Если бы не «озоновый экран» атмосферы, то фотоны фото-, хромосферы и солнечной короны большой энергии достигли бы поверхности планеты Земли и уничтожили на ней все живое. Подсчитано, что в среднем на каждого жителя г. Казани в воздушном пространстве над городом (вплоть до верхней границы стратосферы) приходится по 125 моль озона. Сколько молекул озона О3, и какая масса озона приходится в среднем не одного казанца?[2].

10.    Аквариум с водорослями и культурой инфузорий поместили на свет. За неделю водоросли потребляют 0,12 моль глюкозы, парамеции 0,10 моль глюкозы. За это же время образуется 0,25 моль глюкозы. Какое количество чистой продукции кислорода (О2) образуется за неделю в аквариуме?

А) 0,03       б)0,18         в)0,32          г)0,96

      В конечном итоге, исследование понятия «Химическая задача с экологическим содержанием» приводит к выводу, что такая задача как одно из средств обучения экологии – сложная динамическая система. Компонентами задачи являются содержание и решение, которые, в свою очередь, образованы отдельными элементами.

Как видно, базовыми научными дисциплинами экологической химии являются физическая химия, химическая кинетика, аналитическая химия, биохимия, экологические аспекты. Включая в себя разделы этих дисциплин в свете природоохранной тематики, экологическая химия обладает и присущими ей особенностями как комплексной науки о химических процессах в окружающей среде. Она призвана описывать динамику экохимических процессов в объектах окружающей среды, а также в искусственных экосистемах, прогнозировать и регулировать экологические последствия антропогенных воздействий на природную среду. 

Следует подчеркнуть, что химические задачи с экологическим содержанием создаются и проводятся учителем с определенной целью, а именно – формирование экологических знаний и ответственного отношения к природе Роль задач в процессе обучения определяется, прежде всего, тем, что цели обучения предмету не сводятся только к овладению определенными методами и способами решения задач; через решение задач происходит освоение предметной действительности. Полноценный результат обучения будет достигнут при условии применения знаний в ходе решения практических задач. При таком подходе решение задач выступает и как цель, и как средство обучения.